[发明专利]一种平板结构多孔陶瓷膜支撑体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平板结构多孔陶瓷膜及其制备方法，其可用于替代目前常用于膜生物反应器中的有机平板膜或中空纤维膜。

背景技术

膜生物反应器是一种结合生物处理和薄膜分离技术的污水处理装置，在原本布满微生物的反应槽内，增加生物膜组件使进流水除了与反应槽内的微生物接触并进行分解反应外，还同时使混合液在足够的压力差驱动下通过生物膜组的薄膜而产生过滤作用的处理技术，污染则被完全截留在反应槽内。膜的应用不仅可以取代活性污泥法中的二次沉淀池，进行固液分离，有效的达到了泥水分离的目的，而且能充分利用膜的高效截留作用，能够有效地截留硝化菌，完全保留在生物反应器内，使硝化反应保证顺利进行，有效去除氨氮，避免污泥的流失，并且可以截留一时难于降解的大分子有机物，延长其在反应器的停留时间，使之得到最大限度的分解。

由于膜生物反应器处理系统可处理高浓度污泥变化、固液分离效果佳、可减少处理槽体积及污泥产量等优点，所以自80年代以来，已有多家企业开发出不同类型的商业化商品。而目前常用的膜生物反应器大都采用有机中空纤维膜，如聚乙烯中空纤维膜，但是有机膜存在机械、化学和热稳定性低的缺点，其不能化学冲洗及反冲洗，使其在苛刻体系中的应用受到限制。而多孔无机陶瓷膜由于具有优异的高分离效率、耐高温、耐溶剂、抗微生物、耐酸碱性、高机械强度及易清洗可再生等优点，其应用已渗透到食品、饮料、植(药)物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域，可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等。

针对上述问题，本发明提出采用平板结构多孔陶瓷膜来替代目前常用于膜生物反应器中的有机平板膜或中空纤维膜，一方面其耐酸碱腐蚀以及耐高温，可以在苛刻的环境中使用，另一方面其机械强度较高，且可以通过反向施压进行反冲洗，减少膜的清洗次数，提高膜的使用寿命，从而解决了目前有机膜使用寿命不足的问题。

本发明的目的是提供一种替代目前常用于膜生物反应器中的有机平板膜或中空纤维膜的无机膜，其不仅可以克服传统膜生物反应器由于采用有机中空纤维膜导致其寿命低、不耐酸碱以及膜不能反冲洗等缺点，减少膜的清洗次数，提高膜的使用寿命，而且可以通过对多孔陶瓷膜组件施加负压增大其渗透通量，或可以施加反向压力实现膜的在线反冲洗。在目前常用的挤出成型工艺的基础上，通过调整挤出成型所用模具和工艺，首先制备了内部中空的平板结构多孔陶瓷膜支撑体，在此基础上在多孔陶瓷膜支撑体的外表面涂覆至少一层膜，通过干燥、烧结，最后获得高力学性能的多孔陶瓷膜。本发明制备工艺简单，生产成本低，主要用于替代膜生物反应器中的有机膜或平板膜，有利于推广应用。

发明内容

本发明针对传统的有机中空纤维膜生物反应器的缺点，提出采用平板结构多孔陶瓷膜替代有机膜的方案。具体内容如下：

①结构(见附图)

多孔陶瓷膜支撑体呈平板状，其由两个平板支撑体组成一个整体，且两个平板支撑体中间留有一定的空间，同时在上述空间分布着至少一个支撑柱，以提高支撑体组件的强度。

同时，为了减少滤液在平板结构支撑体中的流动阻力，可以在平板膜支撑体中设置至少一个出水通道，其可以通过手工或机械的方法来制备。

②原材料

多孔陶瓷膜支撑体的陶瓷骨料可采用氧化铝、氧化锆、二氧化硅、碳化硅、氧化钛、莫来石、堇青石中的一种或几种。平均粒径在1-40μm之间。

造孔剂可以采用淀粉、石墨、酚醛树脂球、PMMA微球、PS微球、聚乙烯醇等，平均粒径在0.005-10μm之间。

粘结剂采用甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素等。

③制备工艺

将陶瓷骨料(80-96％)、造孔剂(2-10wt％)、粘结剂(2-10wt％)等球磨4-10h混合均匀，然后加入水(混合粉末与水的体积比为1.5～2∶1)球磨4-12h制成分散均匀的浆料。

随后将浆料置入炼泥机中，相对真空度不低于50％，泥料炼制1-6次。

多孔陶瓷膜支撑体的成型工艺可以采用挤出成型。挤出温度在10-50℃之间，挤出速度在0.2-3m/min之间，挤出压力不低于6MPa。挤出成型时在模具前面安装了一个锥形分泥头，泥料经过分泥头时，通过分泥头的张合将泥料均匀分散到平板结构模具上，从而实现平板结构陶瓷膜支撑体的制备。通过在挤出成型机中安装分泥头可以实现在小型挤出成型机中制备较大面积平板结构的陶瓷膜支撑体。